JP2010228634A - 車両内音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成によって、簡素な構成によって、車両内に自然かつ快適な音場を構築する。
【解決手段】車内１１を形成する車内壁１２付近に振動部材２０を設置するとともに、車内壁の内側（振動部材より車内壁の外側方向の空間）に車内音声用マイクロフォン４０、車内壁の外側（振動部材より車内壁の外側方向の空間）に通過音声用マイクロフォン４５をそれぞれ設置する。信号処理部５０において、車内音声用マイクロフォンで集音された車内信号を所望の音響効果を有する音声信号にするため、通過音声用マイクロフォンで集音された通過音声の特性や振動部材の音響特性を加味して、振動部材における反響音声を車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成する。そして、信号処理部で生成された振動波形の振動を、振動部材に設置されている圧電振動素子３０から振動部材に与えて反響音声を生成することで、車内の音響効果を実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両内（車内）の搭乗者（運転者や同乗者）に対して音声を提供する際の音場を構築する車両内音響装置に関する。なお、本明細書では、空気や物体の振動によって伝わる音波や人間の聴覚によって感じる音波を、音あるいは音声と記載する。

従来、音楽などの音声を提供する場合に、ユーザ（聴取者）が臨場感のある音声を感じられるように自然かつ快適な音場を構築しようとする技術が多数存在している。

例えば、スピーカの構造を工夫し、直接音だけではなく間接音（反射音）のバランスを考慮することで自然かつ快適な音場を構築する技術（リフレクティング技術）、複数のスピーカを配置し、各スピーカから音声を出力して音像定位を行うことで自然かつ快適な音場を構築する技術（サラウンド技術）、ラウドネス（小音量時に低音と高音を強調）やバスブースト（低音を強調）などのように特定の周波数帯域の音声を増強／減少することによって自然かつ快適な音場を構築する技術（イコライジング技術）などが存在している。

また、例えば、下記の特許文献１には、車両の右前座席（右ハンドルの場合は運転席）の右横にＲチャンネルスピーカを配置するとともに、車両の左前座席（右ハンドルの場合は助手席）の左横にＬチャンネルスピーカを配置することで、Ｒチャンネルスピーカにより生成される音像が各左右前座席の右前方に定位し、Ｌチャンネルスピーカにより生成される音像が各左右前座席の左前方に定位するように音像定位を行う技術が開示されている。このように、特に車両内における快適な音場の生成技術は多数存在している。

また、例えば、下記の特許文献２には、車両内にマイクロフォンとスピーカを設置し、マイクロフォンによって検出された車両内における騒音が相殺されるように、騒音の波形を打ち消す逆位相の音声をスピーカから出力する技術が記載されている。下記の特許文献２では、エンジンの回転数を反映したフィルタを用いることで、エンジンの回転数によって異なる性質（周波数帯域や振幅など）の騒音を効率良く消去することも可能である。また、この特許文献２に開示されている技術において、特に車両の搭乗者の頭部における騒音を低減するために、搭乗者の頭部付近での音声を検出して騒音消去のフィードバックを行ったり、音像定位フィルタ（頭部伝達関数）を調整したりすることも考えられている。

特開平１１−３１８０００号公報 特開平７−１０４７６８号公報

従来の車載オーディオシステムにおいても、サラウンド技術やイコライジング技術によって音声の特定の周波数帯域を増強／減少する音声出力が可能である。しかしながら、車両走行中、車両停車中、エンジンを切った状態などにおいて、車両内の騒音（例えば、エンジン音、ロードノイズ、ウィンドウガラスの風切り音など）の状態は大きく異なっており、例えば、車両走行中の車両内音響空間に適した音場が構築されるように調整されていた場合には、停車中やエンジンを切った状態においては、不適切に特定の周波数帯域が増強されてしまうという問題がある。

また、特許文献１に記載されている音像定位技術、あるいは、特許文献２に開示されている騒音消去が可能な音像定位技術は、局所的に自然かつ最適な音場しか構築できないという問題がある。すなわち、特許文献１、２に開示されている技術では、局所的な音像定位場所に対しては自然かつ快適な音場を構築することが可能であるが、その他の場所（音像定位ポイントからずれた場所）においては不自然かつ不快な音場が提供されてしまうかもしれないという問題がある。

また、車両内では、車載オーディオシステムから出力される音楽や音声案内は上記のサラウンド技術、イコライジング技術、音像定位技術などによって音場の調整がなされる一方、搭乗者間で行われる会話の音声に関してはそのまま搭乗者の耳に到達するため、不自然な会話音声に感じてしまう場合がある。会話音声に関しても上記のサラウンド技術、イコライジング技術、音像定位技術などによる音場に組み込まれるようにする場合には、会話音声を収集する専用のマイクロフォンの設置が必要という問題がある。

また、車両外に存在する外部物標を音像定位などによって案内するシステムが存在しており、このようなシステムでは、例えば搭乗者は外部物標の位置を聴覚によって特定することが可能である。一方、上記のサラウンド技術、イコライジング技術、音像定位技術などでは、車両外空間に仮想的な音源が存在するように音場が構築されてしまうことがあり、上記の外部物標の位置が分かるような音像定位が正確に行えなかったり、搭乗者が、車両外空間に偶然設定されてしまった仮想的な音源を外部物標の位置と勘違いしてしまったりするという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決するため、簡素な構成によって、車両内に自然かつ快適な音場を構築するための車両内音響装置を実現することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、車両の車内における音場を構築するための車両内音響装置であって、
前記車内を形成する車内壁の内側に設置された振動部材と、
前記振動部材より前記車内壁の内側方向の空間に配置され、車内音声を集音する車内側集音手段と、
前記車内側集音装置で集音された前記車内音声を所定の音響効果を有する音声信号にするため、前記振動部材における反響音声を前記車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成する反響振動波生成手段と、
前記反響振動波生成手段で生成された前記振動波形の振動を前記振動部材に与えて前記振動部材における反響音声を生成することで、前記所定の音響効果を有する前記車内音声を実現する振動手段とを、
有する音場境界方式の車両内音響装置が提供される。
この構成により、簡素な構成によって、車両内に自然かつ快適な音場を構築することが可能となる。

さらに、本発明によれば、上記の構成において、前記振動部材より前記車内壁の外側方向の空間に配置され、前記振動部材を通過した前記車内音声を通過音声として集音する車外側集音手段を更に有し、
前記反響振動波生成手段が、前記車外側集音手段で集音された前記通過音声に基づいて、前記振動部材における反響音声を前記車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成するよう構成されている音場境界方式の車両内音響装置が提供される。
この構成により、車内の音場調整をより高い精度で行うことが可能となる。

さらに、本発明によれば、上記の構成において、前記反響振動波生成手段が、前記振動部材の音響特性に基づいて、前記振動部材における反響音声を前記車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成するよう構成されている音場境界方式の車両内音響装置が提供される。
この構成により、振動部材における反射特性、透過特性、吸音特性などを考慮して、車内の音場調整をより高い精度で行うことが可能となる。

さらに、本発明によれば、上記の構成において、前記所定の音響効果を示す音響効果指示手段を更に有する音場境界方式の車両内音響装置が提供される。
この構成により、所望の音響効果を車内で実現可能となる。

さらに、本発明によれば、上記の構成において、前記反響振動波生成手段が、車載オーディオシステムからの情報に基づいて、前記振動部材における反響音声を前記車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成するよう構成されている音場境界方式の車両内音響装置が提供される。
この構成により、車載オーディオシステムから出力された音声の強調／減少を行ったり、車載オーディオシステムによる音像定位を妨げないような音場の構築を行ったりすることが可能となる。

さらに、本発明によれば、上記の構成において、前記車内壁を前記振動部材として利用するよう構成されている音場境界方式の車両内音響装置が提供される。
この構成により、車内壁そのものを振動させることによって、車内への反射音声の調整、及び、自然かつ快適な音場の構築を実現することが可能となる。

本発明は上記の構成を有しており、簡素な構成によって、車両内に自然かつ快適な音場を構築するという効果を有する。特に、本発明は、従来のサラウンド技術、イコライジング技術、音像定位技術などとは異なる方式（音場境界方式）によって車両内に自然かつ快適な音場を構築するという効果、車外物標の位置を音像定位によって聴覚的に通知するシステムと共存できるように車両内に自然かつ快適な音場を構築するという効果を有する。

本発明の実施の形態における車両内音響装置が実装される車両の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における車両内音響装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における車両内音響装置の構成の別の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態における車両内音響装置について説明する。

図１は、本発明の実施の形態における車両内音響装置が実装される車両の一例を示す図である。図１には、本発明の実施の形態における車両内音響装置が実装される車両１０、車内１１、車内壁１２が図示されている。通常、車両１０には搭乗者が座る座席が設けられており、搭乗者が座る空間は密閉された部屋のような空間となっている。車内１１は搭乗者が座る空間を表しており、また、車内壁１２は、車内１１の空間を仕切る境界（壁）を表している。

また、車両１０には、車内壁１１の内側の一部又はすべてを取り囲むように振動部材２０が設けられている。なお、図１には、車内壁１２の内側を取り囲むように振動部材２０が設置されているが、車内壁１２そのものを振動部材２０として利用してもよい。また、特に車内１１において音声の反響による影響が大きい箇所にのみ振動部材２０が設けられてもよい。

次に、本発明の実施の形態における車両内音響装置の構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態における車両内音響装置の構成の一例を示す図である。図２には、振動部材２０、圧電振動素子３０、車内音声用マイクロフォン４０、透過音声用マイクロフォン４５、信号処理部５０が図示されている。

図２に図示されている振動部材２０は、図１に図示されている振動部材２０と同一である。したがって、上述のように、振動部材２０は、車内１１の空間の内側に設けられていてもよく、また、車内壁１２そのものであってもよい。振動部材２０は、車内音声を反響するための振動が可能な素材によって構成されている。

また、振動部材２０を振動させることが可能な箇所に、圧電振動素子３０が設置されている。圧電振動素子３０は圧電効果を利用した受動素子であり、圧電体に加えられた電圧を力に変換することが可能である。図２に図示されている車両内音響装置では、信号処理部５０から供給される電圧に応じて圧電振動素子３０の圧電体が変形することで、振動部材２０を振動させることが可能である。圧電振動素子３０は、振動部材２０が車内音声を反響可能とするように振動部材２０を振動させることが可能である。なお、圧電振動素子３０は、振動部材２０を振動させることが可能な任意の位置に配置可能であり、また、振動部材２０を振動させるための構成も任意の構成でよい。

また、車内音声用マイクロフォン４０は、振動部材２０を境界として車内壁１２の内側方向（車内１１の空間）に配置される集音装置である。車内音声用マイクロフォン４０は、車内音声を集音する機能を有し、集音された車内音声は車内音声信号として信号処理部５０へ供給される。

また、透過音声用マイクロフォン４５は、振動部材２０を境界として車内壁１２の外側方向（車内１１の空間の外側）に配置される集音装置である。透過音声用マイクロフォン４５は、車内音声が振動部材２０によって反響されずに透過してくる透過音声（車外へ漏れる車内音声）を集音する機能を有し、集音された透過音声は透過音声信号として信号処理部５０へ供給される。

なお、車内音声用マイクロフォン４０及び透過音声用マイクロフォン４５の両方が設置されることによって、理想的な反響音を実現する精度を向上させることができるが、結果的に振動部材２０の振動をさせることで理想に近い反響音を実現させることが可能であれば、車内音声用マイクロフォン４０及び透過音声用マイクロフォン４５のうちのいずれか一方のみが配置されてもよい。また、車内音声用マイクロフォン４０及び透過音声用マイクロフォン４５のうちのいずれか一方が、振動部材２０の振動を検出する振動検出装置であってもよい。

また、信号処理部５０は、車内音声信号及び透過音声信号に基づいて振動部材２０における振動を制御する機能を有しており、車内音声信号用のアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）５１、透過音声信号用のアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）５２、振動調整部５３、反響振動波生成部５４、反響振動波用のデジタル／アナログ変換部（Ａ／Ｄ）５５、音響効果切り換え部５６によって構成されている。

車内音声信号用のアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）５１は、車内音声用マイクロフォン４０で集音された車内音声信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して反響振動波生成部５４へ供給する機能を有しており、透過音声信号用のアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）５２は、透過音声用マイクロフォン４５で集音された透過音声信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して振動調整部５３へ供給する機能を有している。

また、振動調整部５３は、透過音声信号用のアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）５２でデジタル変換された透過音声信号を教師信号として、透過音声信号の特性を検出して反響振動波生成部５４へ通知する機能を有している。なお、振動調整部５３が学習機能を有し、透過音声信号の特性の傾向を把握できるようにしてもよい。

また、反響振動波生成部５４は、車内音声信号用のアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）５１でデジタル変換された車内音声信号と、振動調整部５３から通知された透過音声信号の特性とに基づいて、振動部材２０から車内１１の空間の内側方向へ反響する反響音声に対応した振動を作るための振動波形を生成する機能を有している。反響振動波生成部５４で生成された振動波形は、反響振動波用のデジタル／アナログ変換部（Ａ／Ｄ）５５において、デジタル信号からアナログ信号に変換された後、圧電振動素子３０へ供給され、その振動波形に従って圧電振動素子３０による振動部材２０の振動が行われる。

また、音響効果切り換え部５６は、車内音声において実現しようとする音響効果を指定する機能を有している。具体的には、例えば、ユーザ入力によるラウドネスやバスブーストなどのオン／オフ切り換えによって、どのような音響効果を実現すべきかを示す指示が音響効果切り換え部５６から反響振動波生成部５４へ通知される。また、音響効果切り換え部５６は、車両の状態（例えば、運転中、停車中、エンジンを切った状態や、エンジンの回転数、タイヤの回転数など）に応じて、実現しようとする音響効果を適宜動的に変更することも可能である。

なお、車内音声用マイクロフォン４０が反響壁として機能する振動部材２０の近くに設置されている場合には、車内音声用マイクロフォン４０で集音される車内音声信号は、振動部材２０に入射する音声（入射音声）と振動部材２０による反響音声とを合成した音声であると言える。また、理想的には、反射音声と透過音声とを合成した音声に、さらに振動部材２０の吸音特性を考慮したものが透過音声であると言える。したがって、振動部材２０の吸音特性が分かっている場合には、透過音声を検出することで反響音声の特性を推測することが可能となる。本発明では、この反響音声に対応する振動を振動部材２０に行わせることで振動部材２０を反射壁とする合成波（定在波）を生成する。

次に、図２に図示されている車両内音響装置の構成における動作について説明する。車内音声用マイクロフォン４０で集音された車内音声は、Ａ／Ｄ５１を経由して車内音声信号として反響振動波生成部５４に供給される。反響振動波生成部５４は、この車内音声信号が理想的な車内音声（音響効果が実現される車内音声）となるように反響音声に対応する振動を調整し、この反響音声に対応する振動波形を生成して、Ａ／Ｄ５５を経由して圧電振動素子３０へ提供する。圧電振動素子３０は、この振動波形に従って振動部材２０を振動させることで、振動部材２０は反響音声に対応する振動を行い、その結果、音響効果が実現される車内音声（振動部材２０への入射音声と反響音声との合成波）を作ることが可能となる。

また、振動部材２０の特性や、車内音声用マイクロフォン４０での集音タイミングと振動部材２０を圧電振動素子３０で振動させるタイミングとのずれなどの様々な理由によって、理想的な車内音声を作ることは容易ではない。そこで、さらに透過音声を集音して透過音声信号を教師信号とした制御を行うことが有用である。

透過音声用マイクロフォン４５で集音された透過音声は、Ａ／Ｄ５２を経由して透過音声信号として振動調整部５３に供給される。振動調整部５３は、例えば、この透過音声信号の各周波数帯域における振幅を検出して、さらに振動部材２０の反射特性や吸音特性を考慮することで、どのような反響音声の振動を作れば理想的な車内音声を実現できるかを算定することが可能である。そして、振動調整部５３は、この算定結果（理想的な車内音声を実現するための反響音声の振動特性）を反響振動波生成部５４に通知する。反響振動波生成部５４は、理想的な車内音声を実現する反響音声を振動部材２０で反響するための波形信号（例えば、実現したい反響音声から入射音声を減算した信号）を生成し、この波形信号を振動波形として、Ａ／Ｄ５５を経由して圧電振動素子３０へ提供する。圧電振動素子３０は、この振動波形に従って振動部材２０を振動させることで、理想的な反射信号をより精度良く作ることが可能となり、その結果、理想的な車内音声が実現可能となる。

また、上述のように、サラウンド効果やイコライジング効果を始めとして様々な音響効果が存在する。こうした音響効果の切り換えは音響効果切り換え部５６によって判断され、反響振動波生成部５４に通知される。反響振動波生成部５４は、音響効果切り換え部５６によって指定された音響効果を実現するための振動部材２０の振動波形を生成する。

以上の構成及び動作によって、理想的な音響効果を実現するための反響信号を振動部材２０で作り出すことにより、理想的な車内音声信号を実現することが可能となる。また、以上の構成及び動作によれば、騒音の低減によって、車内１１の有用な音声音楽や車載ナビゲーション装置からの音声案内、搭乗者間の会話など）を消去してしまうこともなくなる。

また、例えば、図３に図示されているように、車両１０に実装されている車載オーディオシステム６０と連携することで、車載オーディオシステムで実現される音響効果や音像定位の影響を考慮した反響音声の生成を行うことが可能となる。例えば、車載オーディオシステム６０で行っている音響効果を振動部材２０によって強調／減少させることが可能である。また、例えば車載オーディオシステム６０によって車外物標の位置を音像定位で案内する場合には、車載オーディオシステム６０が実施するサラウンドの距離感であるリバーブ（残響）の音の広がり（反復感覚）を、反響音の高音部を大きくする、残響を少なくする、反射音の両耳間差を小さくするなどの処理を行って抑制し、反響音の高音部を小さくする、残響を多くする、反射音の両耳間差を長くするなどの処理を行って車載オーディオシステム６０によって案内される車外物標の音像定位の距離感を強調することが可能となる。

本発明は、簡素な構成によって、簡素な構成によって、車両内に自然かつ快適な音場を構築するという効果を有しており、車両の搭乗者に対して音声を提供する際の音場を構築するための技術に関する。

１０ 車両
１１ 車内
１２ 車内壁
２０ 振動部材
３０ 圧電振動素子
４０ 車内音声用マイクロフォン
４５ 透過音声用マイクロフォン
５０ 信号処理部
５１、５２ Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル変換部）
５３ 振動調整部
５４ 反響振動波生成部
５５ Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ変換部）
５６ 音響効果切り換え部
６０ 車載オーディオシステム

Claims (6)

1. 車両の車内における音場を構築するための車両内音響装置であって、
   前記車内を形成する車内壁の内側に設置された振動部材と、
   前記振動部材より前記車内壁の内側方向の空間に配置され、車内音声を集音する車内側集音手段と、
   前記車内側集音装置で集音された前記車内音声を所定の音響効果を有する音声信号にするため、前記振動部材における反響音声を前記車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成する反響振動波生成手段と、
   前記反響振動波生成手段で生成された前記振動波形の振動を前記振動部材に与えて前記振動部材における反響音声を生成することで、前記所定の音響効果を有する前記車内音声を実現する振動手段とを、
   有する車両内音響装置。
2. 前記振動部材より前記車内壁の外側方向の空間に配置され、前記振動部材を通過した前記車内音声を通過音声として集音する車外側集音手段を更に有し、
   前記反響振動波生成手段が、前記車外側集音手段で集音された前記通過音声に基づいて、前記振動部材における反響音声を前記車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成するよう構成されている請求項１に記載の車両内音響装置。
3. 前記反響振動波生成手段が、前記振動部材の音響特性に基づいて、前記振動部材における反響音声を前記車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成するよう構成されている請求項１又は２に記載の車両内音響装置。
4. 前記所定の音響効果を示す音響効果指示手段を更に有する請求項１から３のいずれか１つに記載の車両内音響装置。
5. 前記反響振動波生成手段が、車載オーディオシステムからの情報に基づいて、前記振動部材における反響音声を前記車内壁の内側方向の空間へ送出するための振動波形を生成するよう構成されている請求項１から４のいずれか１つに記載の車両内音響装置。
6. 前記車内壁を前記振動部材として利用するよう構成されている請求項１から５のいずれか１つに記載の車両内音響装置。

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